子公司 Tray 最近完成了一项设计挑战，以验证其用于塑料电池托盘的碳纤维增强型真空辅助湿压成型工艺。

该原型电池盒托盘由 CpKI Inc. 制造，旨在展示该公司的工艺，该工艺减少了专有的特殊工具和真空辅助干压成型，从而以更短的循环时间和工艺成本实现更高的性能复合零件。

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.(,,) 是 (,) 的一个部门，专门从事汽车内饰部件（例如仪表板）的材料和制造。 该公司最近在开发了一种以低循环时间和低工具成本制造高质量、高复杂性的袋子和托盘的工艺后，将复合电池外壳添加到其产品列表中。

“我们是垂直整合的，主要致力于汽车内饰应用材料的开发，”内饰产品开发负责人 CpK 博士解释道。

该公司在内华达州渥太华/底特律地区经营着四家鞋厂，每家工厂都负责塑料或复合材料汽车零件制造过程中的一个步骤。 位于魁北克贝尔维尔的树脂复合鞋厂生产软质聚氯乙烯（PVC）、热塑性聚氨酯（TPU）等热塑性塑料。 该设施还充当研发 (R&D) 中心，包括在新产品领域和新型材料方面的工作，例如天然纤维复合材料和石墨烯增强复合材料。

这些材料被运往魁北克的霍普港，在那里它们被制成塑料部件或与纤维增强材料结合，利用公司的加工能力制造复合部件：冲压、树脂传递模塑 (RTM)、热成型等。 在 OEM 交付之前，零件在魁北克圭尔夫的鞋厂完成和组装。 位于加拿大内华达州奥本山的第四家鞋厂作为设计总部金属托盘定做，由产品工程师和项目总监组成。

电动汽车电池盒：更快的循环时间，更高的质量

今天，凭借其现有的专业知识和位置，该公司正在进入复合电池外壳的世界。 “安大略省的电动汽车 [EV] 电池供应链正在走下坡路，因此需要轻质外壳。 我们想利用这个机会，成为供应链的一部分，”他解释道。

CpK 开发和可持续发展主管 Reddy 博士强调，许多公司正在研究复合电池外壳，因为它们比金属具有众所周知的优势：重量更轻、更好地控制热管理或热失控问题、无腐蚀等。CpK 希望结合它在制造低成本、高质量的塑料和零件方面拥有丰富的经验，并具有适用于该应用的复合材料的优势。

在 CpK 的电池外壳设计中，碳纤维复合材料将用于底部和顶部托盘以及电池架。

2019 年，CpK 产品团队首先比较了各种加工方法的周期时间、零件质量、可能的零件复杂性和模具成本：干压成型 (WCM)、高压树脂传递成型 (HP-RTM) 和高压灭菌预浸料。

HP-RTM 和高压釜加工生产高质量和高度复杂的零件，但周期时间和工具成本相对较高，而 WCM 可以快速生产零件，工具成本低，但质量和复杂性相对较高。 低的。

为此，CpK 着手开发一种制造电池外壳的方法，该方法具有高压釜或 HP-RTM 加工的质量和复杂性，但周期时间和加工成本低于 WCM。

该项目与多个行业合作伙伴合作金属托盘定做，涉及材料开发和测试以及工艺设计。 从开发实验室开始，由此产生的过程称为“将 WCM 与我们在工具中使用真空袋的专有工具设计相结合，使我们能够以极短的周期时间生产高质量的零件，”Reddy 说。

“它的工作方式是我们将织物装入工具，涂上液态树脂，然后关闭工具。 该工具保持在树脂的固化体温，我们施加真空，然后零件成型，”他解释道。 该工艺最终成为真空辅助 HP-RTM 和 WCM 的混合体，三个关键要素是真空辅助模具、高温固化和快速固化树脂。 根据零件设计的复杂性，演示了有或没有预成型的过程。

Reddy 强调，迄今为止，已经测试并确认了几种碳纤维类型是可行的，但几种材料的循环时间超过一分钟。 还对回收材料和提花材料进行了测试，结果循环时间延长了三分半钟。

第一个电箱原型

为了测试其新技术，该公司于 2021 年进入一家专门从事电池外壳设计的北美 OEM。 外壳有一个碳纤维/醇酸树脂底部和顶部托盘，并根据需要包括金属和冲压成型的塑料内框组件。

在复合托盘上，首先使用有限元分析 (FEA) 建模来剖析与钢或铝相比的抗冲击性、抗压性和结构挠度等特性。 CpK 内饰产品模型通过每个 OEM 要求。

该公司希望第一个开发工作能带来新的机会，将其研究、材料开发、制造和组装能力带入电动汽车电池市场。

最终，工具和原型是使用技术构建的。 雷迪说：“我们测试了在没有任何预制、只需要原材料的情况下生产电池盒的可能性。” 生产周期为每托盘 2 分钟，纤维体积为 50%。 最终重量为每个托盘 44 磅——与 324 磅的钢制版本相比重量减轻了 86.4%，与 110 磅的铝制版本相比重量减轻了 60%。 零件总长度为 3 毫米，尺寸为 2,061 毫米 x 1,361 毫米。 “我们非常成功，”他说。

CpK 继续进行内部测试——关于电磁干扰 (EMI) 屏蔽和其他功能——以形成一个完整的数据集，说明其向潜在客户提供的能力。

他说，最终目标是利用 CpK 的每一项能力——研究、设计工程、材料开发、制造和组装——以现实的价格和周期时间满足汽车市场对轻型、高质量复合电池外壳的需求。